Page 70 - 《真空与低温》2025年第4期
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肖汉武等：密封器件中的水汽含量计算及修正 485
际上等同于内部气体总体积也就是腔体内部自由 关系式（3）。
空间体积（即除去腔体内部所有器件所占容积后的 [ 7.5 ] −1
T d = 237.3 −1 （3）
值），物理意义上的各组分分体积是指各组分在相 lgX +2.219 675
同压力或 101.325 kPa 下所占的体积，根据热力学 0.5% 的水汽含量接收判据最早确立于 20 世
方程，各组分分体积与总体积之比等于各组分分压 纪 70 年代，这个值当时是存在争议的，而争议集中
力与总气压之比。 在这样一个事实，即 0.5% 水汽含量对应的露点是
若以 X 表示封装内部水汽含量，可以根据式（1） −2.55 ℃ 而非 0 ℃ 。
[4]
计算出内部水汽含量。 2.2 水汽含量测量值的修正
p H 2 O 在讨论水汽含量时，通常都认为器件内部气体
X = （1）
p total
总压力为 101.325 kPa，0.5% 的判据也正是基于封
式中： p H 2 O为封装内部水汽分压力，Pa； p total为封装 装内部气压为 101.325 kPa 的假设，但实际上，除特
内部气体总压力，通常假定为 101.325 kPa（1 个标 定产品的特殊需求外，通常的气密封装器件（包括
准大气压）。 单片、混合集成电路器件）封装内部气压都低于
2 讨论 101.325 kPa。
封装内部实际气压低于 101.325 kPa 的原因
当封装内部水汽分压力（即水汽压）达到饱和
有二：一是器件进行气密封接的温度都高于常温；
状态时即出现结露，此时的水汽压即为饱和蒸气压，
二是通常封接时的气氛压力只有 101.325 kPa（或略
相应的温度即为露点。这里的水汽压与蒸气压实
高于 101.325 kPa）。假定内部水汽测试前的封装
为同一概念，都是指气体中呈现气态的水分子组分
内部总气压即初始总压力为 p ini，且测试过程中
的压力。密封器件内部出现结露时内部气氛中的
探测到的水汽来源于测试前器件预烘烤时腔体内
液态水和气态水处于两相平衡的饱和态，故露点又
释放的水汽，所形成的水汽分压力为 p H 2 O；器件封
可称为饱和温度。任何温度下当水汽压达到该温 接时的温度为 T，该温度并非封接过程中的峰值
度下的饱和水汽压时均可出现结露现象。 温度，应为封接材料刚刚完成气密封接时内部气
2.1 水汽含量与露点的关系 氛温度，如焊料熔化后与封接面形成完全密封时刻
根据 GJB548C—2021 中的相关规范，密封器件 的实际温度。封接时的环境温度为 T a ，假定为
的内部水汽含量为 100 ℃ 下的测量值，其值为水汽 25 ℃，封接时封接气氛的压力为 p a，普通封接设备
分压力与总气压之比。在密封腔体内该比值并不随 由于设备腔室较大，腔室内所使用的封装惰性气
温度而变化，因此在其 100 ℃ 测试条件下的测量值 体如高纯氮气的实际压力过大会出现安全风险，
即是器件的实际水汽含量值，该值与测试温度无关。 一 般比 101.325 kPa 略 大 。 不 同 封 接 方 式 的 封
环境温度为 0 ℃ 时，水的饱和蒸气压为 611.2 Pa。 接 气 氛 压 力 p a略 有 差 异 ， 如 平 行 缝 焊 机 手 套 箱
根据式（1）可以得出，0 ℃ 时相对湿度为 100% 的 内 氮 气 压 力 不 超 出 环 境 压 力约 199 Pa， 相 当 于
[5]
标准状态大气水汽含量为 0.603 2%。考虑到水汽 101.325 kPa 的 1.002 倍，即 p a= 1.002 p 0 。根据气
含量测试的最大误差为±20%，当测量判据设定为 体状态方程可以推出初始总压力与封接温度之间
0.502 7% 时，20% 的误差上限正好为 0.603 2%。数 的关系式（4）。
值简化为 0.5%，这就是现行标准中水汽含量判据 273.15+T （4）
p ini = p a
0.5% 的由来。 273.15+T a
因此式（1）可改变形为式（5）。
已知封装内部水汽含量值，根据式（1）即可计
p H 2 O （5）
算出相应的封装内部水汽压。水汽压与露点的关 X r =
p H 2 O + p ini
[3]
系可以通过式（2）给出 。 式中：X r 为封装内部水汽含量测量值。
−1
已知内部水汽测试前的封装内部初始总压力
7.5
（2）
T d = 237.3 −1 及内部水汽含量测量值，利用式（6）即可计算封装
p H 2 O
lg
611 内部的实际水汽压 p H 2 O。
式中：T d 为封装内部气体露点，℃。 X r p ini
p H 2 O = （6）
综合式（1）（2），可以推导出水汽含量与露点的 1− X r
